浙江大學(xué)考研化工原理91-99真題答案

1991年（共兩大題、Hー小題）ー、計(jì)算題:（10分）如圖所示,水自水面為大氣壓的高位槽經(jīng)總管道流入分支管道A和B,然后排入大氣。管道的內(nèi)徑均為27nlm管內(nèi)摩擦系數(shù)可取為入=0.04,支管A上的全部管件及閥門(mén)（全開(kāi)）的當(dāng)量長(zhǎng)度工leA=9.8m,支管B上的全部管件及閥門(mén)（全開(kāi)）的當(dāng)量長(zhǎng)度EleB=9m,總管的全部管件和入口的當(dāng)量長(zhǎng)度EleO=l.1m,當(dāng)支管A上的閥Av全開(kāi)，而支管B上的閥Bv部分開(kāi)啟到某一定程度時(shí),測(cè)得支管A中的水流量為0.5m3/h,試求此時(shí)支管B中的水流量為多少m3/ho(排入大氣,d=27mm,X=0.04,ELeA=9.8m,LLeB=9m,LLeo=l.Im;當(dāng)A全開(kāi),B部分開(kāi)啟,VA=0.5m3/h,求此時(shí)VB）5tti020m5tti020m16m曳ペサイ i5mSOLU:doe=deA=deB=27mm,V0=VA+VB,u0=uB+uB,uA=4V/nd2=4X0.5/(nX0.0272X3600)m/s=0.243m/sEto'=Eta+Wfoe+WfeA=EtB+Wfoe+WfeBEta+WfeA=EtB+WfeB16+{X(LeA+LLeA)/deA)}(uA2/2g)={入(LeB+￡LeB')/deB)}(uB2/2g)20={X(Loe+ELoe)/doe)}(u02/2g)+16+{X(LeA+ELeA)/deA)}(uA2/2g)得20={0,04(16+50+1.1)/0.027)}(u02/2g)+16+{0,04(16+5+9.8)/0.027)}(0.2432/2g)u0=0.873m/suB=u0—uA=0.63m/s，VB=uBAB=0.063Xnd2/4=l.298m3/h即此時(shí)B支管流量為1.3m3/h.(15分)如圖所示,用離心泵將敞口水池中的水送到反應(yīng)塔內(nèi),出水管口高出水池液面4m,塔頂壓カ表讀數(shù)為1.17X105Pa,輸送管道為內(nèi)徑50mm的鋼管,己知管路調(diào)節(jié)閥全開(kāi)噴水量為30m3/h時(shí),管路總阻カ為2mH20柱。若該離心泵的特性方程為H=20-0.00055Q2,式中:H為泵的揚(yáng)程m,Q為泵的流量m3/h,設(shè)水的密度為!000kg/m3o問(wèn):(1)此泵單獨(dú)使用能否完成0.5m3/min的輸送任務(wù)?(2)寫(xiě)出調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)的管路特性方程,以L=f(Q)函數(shù)式表示。式中:L為管路所需功頭m,Q為管路輸送流量m3/ho(3)若將這種泵兩臺(tái)并聯(lián)使用于該管路,當(dāng)管路調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí),噴水量為多少m3/h(H=4m,P=l.17X105Pa,d=50mm,當(dāng)Q=30m3/h時(shí),Hf總=2mH20.泵H=20-0.00055Q2(H-m,Q-m3/h),P=1000kg/m3,求:(1)泵單獨(dú)用,能否完成Q=0.5m3/min的輸送任務(wù)?(2)寫(xiě)出閥全開(kāi)時(shí),管路特征方程,L=f(Q)(3)兩臺(tái)泵并聯(lián)于管路,閥全開(kāi)時(shí),Q=?4m第2題SOLU:(1)泵單獨(dú)用時(shí)，管路特征曲線L=A+BQ2,A=AZ+△p/pgA=(4+l.17X105/1000X9.8)mル15.93m,L=15.93+BQ2Q=30m3/h,Hf總={。入(L+￡Le)/d)}(u2/2g)=2mH2O， B=8/L[X(L+LLe)/d5]n2g,Hf總=BQ2,B=Hf總/Q2/.管路曲線L=15.93+(Hf總/Q2)'Q2=15.93+(3/302)Q2=15.93+0.00222Q2=20-0.00055Q2解出Q=38.33m3/h=0.639m3/min>0.5m3/min單獨(dú)用泵時(shí)，能完成Q=0.5m3/min的輸送任務(wù)。(2)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí),由(1)知管路特性曲線L=15.39+0.00222Q2⑶兩臺(tái)泵并聯(lián)于管路,泵的特性曲線H=20-0.0055(2Q)2=2〇ー〇.0022Q2=15.39+0.00222Q2,解出Q=3〇.345m3/h即兩臺(tái)并聯(lián)于管路,閥門(mén)全開(kāi)時(shí),噴水量9為30.345m3/h(15分)有一臺(tái)管殼間不加折流擋板的列管式換熱器,較高壓強(qiáng)的氣體在管內(nèi)與管殼間的水成逆流換熱,可將流量Gkg/h的氣體自80'C冷卻到60℃,冷卻水的溫度自20c升高到30℃,總傳熱系數(shù)K=40w/m2-K?，F(xiàn)需將氣體的出口溫度降到50C以下。有人建議將水的流量Wkg/h增加一倍,有人建議增加一臺(tái)規(guī)格完全相同的換熱器,假設(shè)無(wú)論采用并聯(lián)或串聯(lián)操作,每一臺(tái)換熱器的冷卻水都是單獨(dú)使用，而且流量W相同。水的初始溫度均為20C,傳熱溫差均可用算術(shù)平均值計(jì)算。請(qǐng)以計(jì)算結(jié)果說(shuō)明這些建議中那些是可行的。已知:流體作強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式為al/X=0.023(lup/u)0.8?(Cp?ロ/入)0.4式中:a:對(duì)流傳熱系數(shù)w/m2,k,水的對(duì)流熱系數(shù)為幾千w/m2-k!氣體的對(duì)流熱系數(shù)為幾十w/m2?k。人:流體的導(dǎo)熱系數(shù)w/m?k, 口:流體的流速m/s,P:流體的密度kg/m3, ロ:流體的粘度N?S/m2,Cp:流體的比熱kj/kg?k, 1:定性尺寸m[逆流換熱，msl=akg/h,Tl=80℃,T2=60℃,tl=20℃,t2=30℃,K=40W/m2?K,要求T2小于50℃。則:(1)ms2加倍;(2)并聯(lián);(3)串聯(lián)問(wèn)哪種方案可行?]SOLU:原狀態(tài)下,CRl=(mscp)l/(mscp)2=(t2-tl)/(Tl-T2)=0.5NTU1=KA/(mscp)1=(T1-T2)/Atm=O.446￡=(T1-T2)/(Tl-tl)=1/3=0.333(1)ms2加倍,a2，=20.8a2,a1不變,CR1'=CR1/2=O.25K=al/[l+(a1/a2)(dO/di)](a1?a2)Kルa1不變NTUl=KA/(mscp)1不變e1z={1-exp[NTUl(1-CR1Z)]}/{CR1z-exp[NTUl(l-CR1Z)]}=0.345,T2Z=59.3℃>50℃(2)并聯(lián) 就某個(gè)換熱器而言,CR1不變,NTU1Z=2NTU1=O.892,e1z=0.529,T2=48.25℃ <50℃(3)串聯(lián) 將兩個(gè)換熱器看作一個(gè)整體,則CR1Z=0.5CR1,NTU1Z=KAZ/(mscp)1=2NTU=O.892e1z={1-exp[NTUlz(1-CR1Z)]}/{CR1Z-exp[NTUlz(1-CR1Z)]}=0.56,T2Z=46.30℃<50℃比較上述三個(gè)結(jié)論可知，方案二、三可行,但方案三更好。(15分)一座裝10m高填料的吸收塔,用清水吸收氣體中某ー組分A,在氣液相中的平衡關(guān)系為y*=l.5x(y,x均為摩爾分率,以下同)在操作情況下測(cè)得A組分在塔頂,底氣液中的組成數(shù)據(jù)如圖中的a塔所示?，F(xiàn)要求將排出氣流中A組分降低到0.002kmol/kmol,為此再接一座裝6m高填料的吸收塔b,其塔頂填料等結(jié)構(gòu)尺寸均與a塔相同,用與a塔等流率的清水吸收,兩塔的傳質(zhì)系數(shù)可認(rèn)為相等。試求排出氣體中A組分的y2b能否達(dá)到要求?一4%a b~_ I—?_Y1a=0.02T^マX1a=0.008X1b第4題[ha=10m,y=l.5x,x2a=x2b=0,hb=6m,La=Lb,Kxa=Kxa,則y2b<0.02?(ylb=0.02y2a=0.02xla=0.008)]S0LU:L/G=(0.02-0.004)/0.008=2=(0.004-2y2b)/xlb,l/A=mG/L=0.75ha=N0G,a,HOG,a,hb=NOG,bHOG,b,HOG,a=G/Kya=H0G,b=G/KybNOG,a/NOG,b=ha/hb=10/6NOG,a=[l/(1-1/A)]Ln[(1-1/A)(yla-mx2a)/(y2a-mx2a)+1/A]NOG,b=[1/(1-1/A)]Ln[(1-1/A)(y2a-mx2b)/(y2b-mx2b)+1/A]NOG,a/NOG,b=Ln[(l-0.75)(0.02/0.004)+0.75]/Ln[(l-解出 y2b=0.00082<0.002即排出氣體中A組分的y2b能滿足要求。(10分)有一連續(xù)精徳塔,分離A、B雙組分理想溶液,料液含易揮發(fā)組分A的摩爾分率xA=0.4,泡點(diǎn)進(jìn)料,測(cè)得塔頂壓強(qiáng)為760mmHg柱，氣相溫度為81.5℃,同時(shí)測(cè)得回流量為0.8kmol/kmo!進(jìn)料液，和產(chǎn)品量為0.4kmol/kmol進(jìn)料液。己知A、B組分的飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系為:logl0p0A=6.898-1206.35/(t+220.24)loglOpOB=6.953-1343.94/(t+219.58)式中:t溫度C,pOA,pOB分別為A、B的飽和蒸汽壓mmHg柱。求:(1)塔頂產(chǎn)品及釜液的組成xD,xW,塔釜的汽化量い;(2)寫(xiě)出精懶段及提儲(chǔ)段的操作線方程。[xF=0.4,頂:P0=760mmHg,t0=81.5℃,L/F=0.8,q=l,D/F=0.4,LgPA0=6.898-1206.35/(t+220.24)LgPB0=6.953-1342.94/(t+219.58)(t-℃,PA,BO-mmHg),求:(1)xD,xN及V'；(2)精儲(chǔ)段及提饋段的操作線。]SOLU:(1)將tD=81.5℃代入公式,得PA0=794.37mmHg,PBO=307.71mmHg:.x=(PD-PBO)/(PAO-PBO)=(760-307.71)/(794.37-307.71)=0.93,y=(PAOx/PD)=0.97,xD=O.97,D/F=(xF-xW)/(xD-xW)=0.4,xW=O.067R=L/D=(L/F)/(D/F)=0.8/0.4=2,V'/F=V/F=(R+1)D/F=3X0.4=1.2即V’為1.2kmoL/kmoL進(jìn)料液。(2)精儲(chǔ)線y=Rx/(R+l)+xD/(R+l)=2x/(2+l)+0.97/(2+l)即y=0.67x+0.3233(3)提循線y=L'x/V'-Wxw/Vz=(F+RD)x/[(R+1)D]-(F-D)xw/[(R+l)D]=(1+RD/F)x/[(R+1)D/F]-(l-D/F)xW/[(R+l)D/F]=l.5x-0.5即精微段、提儲(chǔ)段的操作線分別為:y=0.67x+0.3233;y=L5x-0.5.(10分)將狀態(tài)為:干球溫度tA=25℃,濕含量HA=0.01kg/kg的新鮮空氣A,與狀態(tài)為:干球溫度tB=61℃,濕含量HB=O.046kg/kg循環(huán)廢氣B,以混合比為3kgB/kgA進(jìn)行混合,試求混合氣體的溫度,已知:干空氣的比熱Ca=l.01kj/kg℃,水汽的比熱Cw=l.88kj/kg?℃,水在0℃時(shí)的汽化潛熱r0=2492kj/kgo[B:A=3:1;A狀態(tài):tA=25℃,HA=O.Olkg/kg新鮮空氣。B狀態(tài):tB=61℃,HB=O.046kg/kg循環(huán)廢氣,求:t(Ca=l.01kj/kg?℃,Cw=l.88kJ/kg?℃, rD=2492kJ/kg.)]SOLU:狀態(tài)A: IA=(1.01+1.88HA)tA+2492HA狀態(tài)B：IB=(1.01+1.88HB)tB+2492HBIA(t-25)=3IB(61-t),解出t=[(3X61IB)+25IA]/(IA+3IB)IA=(1.01+1.88X0.01)X25+2492X0.01=50.64IA=(1.01+1.88X0.046)X61+2492X0.046=181.52即以B：A=3：1混合成的混合氣體的溫度為57.94℃二、選擇題L流體以雷諾準(zhǔn)數(shù)Re=500的流動(dòng)型態(tài),在ー根水平的直管中流動(dòng),如果將流體的流量增加一倍,克服摩擦阻カ消耗的功率增加為原來(lái)的( )A：2倍:B：4倍:C；21/2倍;D：22.75倍分析:前Re=pdu/y=500,u;后Re'=pd2u/u=500,2uX=64/Re,Xhf'/￡hf=(入’?u'2)/(X?u2)=(Re?u'2)/(Re,-u2)=[(2u)2/(2u)]?(u/u2)=2即克服摩擦阻カ消耗的功率增加為原來(lái)的2倍。.某板框壓濾機(jī)作恒壓過(guò)濾,使濾渣充滿濾框需20分倂リ現(xiàn)將框數(shù)增加一倍,操作壓カ,物料性質(zhì)均不變,此時(shí)濾渣充滿濾框需要時(shí)間為:( )A.20分鐘B.40分鐘C.80分鐘分析:恒壓過(guò)濾V2+2VeV=kA2〇F近イ以假設(shè) Ve=0,貝リV2=kA2OF,k=2Apl-s/ruc原來(lái):0F=20min,A,V=V餅/u現(xiàn)在;OF'=?,2A,V'=2V餅/u即(2V餅/u)2=K(2A)2。F',其中(V餅/u)2=kA2OF即濾渣充滿濾框所需時(shí)間不變,仍為20min..某流體以流速u(mài)=30m/s,流過(guò)1m長(zhǎng)的平板,與板面進(jìn)行對(duì)流傳熱,已知:流體的粘度U=0.025Cp,密度P=0.12kg/m3,普蘭德數(shù)Pr=0.70,則其流動(dòng)邊界層8與熱邊界厚6c之間的關(guān)系應(yīng)該是:A:6く6c；B：6=5c；C：8>5C；分析:沿平板流動(dòng)時(shí)的邊界層厚度Rex=(xu0°P)/U其中x為版長(zhǎng)6=4.96xRex-0.5=1X4.96X[(0.12X1X3O)/(O.025X10-3)]-0.5=0.013與板面進(jìn)行對(duì)流傳熱 Nu=L/8c,6C=L/NuNu=0.023Re0.8PrO.4=0.023X[(0.12X1X30)/(0.025X103)]0.8X0.700.4，8c=L/Nu=0.003745<6即此時(shí)的流動(dòng)邊界層大于傳熱邊界層.進(jìn)行萃取操作時(shí),應(yīng)使:A分配系數(shù)大于1, B選擇系數(shù)大于1〇分析:選擇恒系數(shù)P=(yA/xA)/(yB/xB)=kA/kB是衡量萃取難易程度的物理分配系數(shù)k是代表某組分在萃取相與萃余相間的分配比例,即進(jìn)行萃取操作時(shí),應(yīng)使選擇系數(shù)大于1萃取操作中,一般情況下,稀釋劑B組分的分配系數(shù)KB值應(yīng)A大于1B小于1 C等于1分析: 萃取過(guò)程,要求KA>1,但小于1也可:但是KBVV1。即稀釋劑B組的分配系數(shù),一般情況下應(yīng)小于11992年(共五大題,十小題)ー、(16分)20C之水自ー個(gè)大貯槽中流出,流經(jīng)總長(zhǎng)度為39m的水管后,排入大氣。從貯槽流出的前15m管路的內(nèi)徑是50mm,后24m路的內(nèi)徑是75mm。如果管路上的摩擦系數(shù)可按入=4f=0.3164/Re0.25式子計(jì)算,其中X為摩擦系數(shù),f為范寧因子,Re=duP/ロ,d為管徑,u為管內(nèi)流體平均速度,P和口分別為流體的密度和粘度。試求當(dāng)流量需為0.0028m3/s時(shí),貯槽內(nèi)的液面需高出管路的出口多少米。前小管上裝有一個(gè)其阻カ系數(shù)C=6.0的全開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)閥。已知20C時(shí)水的粘度為1厘泊.)[2O'C,L=39mm,大氣 前15m,50mm; 后24m,75mm入=4f=0.3164/ReO.25,Re=Pdu/u,C=6.0,u=lcp,求V=0.0028m3/s時(shí)的H=? (LeA=15m,LAB=24m)]SOLU:V=0.0028m3/s,u=4V/nd2uOa=4XO.0028/(nX0.052)=1.426m/suAB=4X0.0028/(nX0.0752)=0.634m/s在〇一B之間進(jìn)行衡算,EtO=EtB+WfeabH=(XHeA/deA+C)(ueA2/2g)+(X2LAB/dAB)(uAB2/2g)+uAB2/2gRel=Pdlul/p=1000X0.05X1.426/(1X10-3)=71300,Re2=Pd2u2/u=1000X0.075X0.634/(1X10-3)=47775,X2=0.3164/RelO.25=0.0214:.H=[0.02X(15/0.05)+6]1.4362/2g+0.0214X(24/0.075)X(0.6342/2g)+0.6342/2g=1.42m即貯槽內(nèi)液面需高出管路約1.4m二、(16分)有一加熱釜,內(nèi)放質(zhì)量為1000kg,比熱為4.18kj/kg?℃的液體,現(xiàn)用ー蛇管加熱器加熱,蛇管內(nèi)通入120C的飽和蒸汽,放出潛熱后以飽和態(tài)的凝液離開(kāi)蛇管,釜內(nèi)的液體從40c被加熱到100C。已知釜周?chē)沫h(huán)境溫度為20℃,釜的外壁與環(huán)境間的對(duì)流ー輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)為aT=12W/m2°C。釜內(nèi)液體的溫度均勻。釜的外壁溫度可認(rèn)為與釜內(nèi)液體溫度相同。蛇管內(nèi)的蒸汽與蛇管外的液體間的傳熱系數(shù)為K=1000W/m2℃o蛇管的傳熱面積為lm2,釜的外壁散熱面積為10m2。試計(jì)算:(1)加熱釜內(nèi)液體所需的時(shí)間;(2)釜內(nèi)液體被加熱可達(dá)到的最高溫度。(假定金屬器皿的熱容量可以略去不計(jì)。)[W=1000kg,Cp=4.18kJ/kg.℃,T=120℃,tl=40℃,t2=100℃,t=20℃,aT=12w/m2?℃,K=1000W/m2?℃,Al=lm2A2=10m2,求:所需加熱時(shí)間;(2)釜內(nèi)加熱最高溫度。]SOLU:dQ=KAl(T-t)dx=WCpdt+aTA2(t-tO)dt, 解出t=7510s=2.09ht=/tlt2dt/(a-bt)=-{Ln[(a-btl)/(a-bt2)]}/b,t-*°°,(a-bt2)/(a-btl)=e-bt=0,t2=a/b=109.3℃所以 所需加熱時(shí)間2.09h;釜內(nèi)加熱最高溫度可達(dá)!09.3℃三、(16分)有一個(gè)雙元系溶液,其輕重組份間的相對(duì)揮發(fā)度a可取等于2,兩個(gè)組份的摩爾氣化潛熱相同。今用一精徳塔來(lái)分離這兩個(gè)組份。進(jìn)料為汽、液混合物,其汽、液摩爾數(shù)各占一半,其混合組成為含易揮發(fā)組份0.5摩爾分率。欲使儲(chǔ)出液中含易揮發(fā)組份0.9摩爾分率,釜液中含易揮發(fā)組份0.05摩爾分率。塔在常壓下作連續(xù)操作。試計(jì)算:(1)最小回流比;(2)當(dāng)操作回流比取最小回流比的1.2倍,冷凝器為全凝操作時(shí),從由上向下數(shù)的第二塊理論塔板下降液體的組成。[a-2,q=l/2,xF=0.5,xD=0.9,xw=0.05I求:Rmin;(2)R=1.2Rmin,全凝器,x2=?]SOLU!平衡線 y=ax/[l+(a-l)a]=2x/(l+x) ——(1)進(jìn)料線y=qx/(qT)-xF/(q-l)=-x+lRmin=(xD-ye)/(ye-xe)由上兩根線求出 xe=0.414,ye=0.586:.Rmin=(0.9-0.586)/(0.586-0.414)=1.83R=1.2Rmin=2.2精儲(chǔ)線y=Rx/(R+l)+xD/(R+l)=0.6875x+0.2813 ——(2)yl=xD=O.9 (1) xl=0.82 (2) y2=0.8438 (1) x2=0.73即第二塊理論塔板下降液組成為0.73.四、(16分)在總壓為760mmHg柱下,將相對(duì)濕度為80%,溫度為20C,含有10kg絕對(duì)干燥空氣的濕空氣,通過(guò)一間壁式換熱器加熱到150C。(1)試求預(yù)熱該濕空氣所需的熱量,和預(yù)熱后該濕空氣的體積。(2)如將此預(yù)熱后的濕空氣使其沿絕熱飽和過(guò)程正好達(dá)到飽和,試述求此絕熱飽和溫度及其濕含量的計(jì)算方法(時(shí)間不夠時(shí),第(2)小題可不必算出結(jié)果)。已知干空氣的平均定壓比熱為1010J/kg-k水汽的平均定壓比熱為1880J/kg?k,0C時(shí)水的汽化潛熱為2492000J/kg水的平均比熱為4180J/kg-k水的蒸汽壓可用Antoine方程計(jì)算ln(p)=18.3036-3816.44/(T-46.13)其中蒸汽壓P以mmHg柱表示,溫度T以K表示。假定濕空氣可認(rèn)為是理想氣體?？諝獾哪栙|(zhì)量取28.96kg/kmol〇[P=760mmHg,60=0.8,t0=20℃,m干空氣=10kg,tl=150℃,求:(1)QP；V1；(2)沿絕熱飽和過(guò)程達(dá)飽和,tas=??X=?(Cp=l.OlkJ/kg.K,CL=1.88kJ/kg.k,rO=2492kJ/kg,LnP=18.3036-3816.44/(T-46.13)P—mmHg,T-K,M=28.96)]SOLU:(1)將T0=20+273.15=293.15K代入公式得P0=exp[18.3036-3816.44/(293.15-46.13)]=17.35mmHgPl=exp[18.3036-3816.44/(150+273.15-46013)]=3572.26mmHgH0=0.622PW/(P-PW),PW=(i)0P0=0.8X17.35,H0=0.0116I0=(1.01+1.88H0)t0+2492H0,I1=(1.01+1.88Hl)tl+2492HlHO=H1，QP=L(I1-I0)=L(1.01+1.88H0)(tl-tO)=10X(1.01+1.88X0.0116)X(150-20)=1341.35kJ/h濕比容:單位質(zhì)量絕干空氣體積及其所帶水汽體積之和:uHl=(O.772+1.244H0)X(273+t0)/273=(0.772+1.244X0.0116)X(273+150)/273=1.218Vl=vH1L=1OX1.218=12.18m3/h(3)由濕焰圖知由圖中A點(diǎn)沿絕熱飽和線至B點(diǎn),則H'即為所求濕含量。五、問(wèn)答:(略)1992年(共五大題,十小題)ー、(16分)20c之水自ー個(gè)大貯槽中流出,流經(jīng)總長(zhǎng)度為39m的水管后,排入大氣。從貯槽流出的前15n!管路的內(nèi)徑是50mm,后24m路的內(nèi)徑是75mm。如果管路上的摩擦系數(shù)可按入=4f=0.3164/Re0.25式子計(jì)算,其中X為摩擦系數(shù),f為范寧因子,Re=duP/ロ,d為管徑,u為管內(nèi)流體平均速度,P和口分別為流體的密度和粘度。試求當(dāng)流量需為0.0028m3/s時(shí),貯槽內(nèi)的液面需高出管路的出口多少米。前小管上裝有一個(gè)其阻カ系數(shù)《=6.0的全開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)閥。己知20c時(shí)水的粘度為1厘泊.)[2O'C,L=39mm,大氣 前15m,50mm; 后24m,75mm入=4f=0.3164/ReO.25,Re=Pdu/u,C=6.0,u=lcp,求V=0.0028m3/s時(shí)的H=? (LeA=15m,LAB=24m)]SOLU:V=0.0028m3/s,u=4V/nd2，uOa=4XO.0028/(nX0.052)=1.426m/suAB=4X0.0028/(nX0.0752)=0.634m/s在。一B之間進(jìn)行衡算,EtO=EtB+WfeabH=(XlLeA/deA+C)(ueA2/2g)+(X2LAB/dAB)(uAB2/2g)+uAB2/2gRel=Pdlul/u=1000X0.05X1.426/(1X10-3)=71300,X1=0.3164/RelO.25=0.02Re2=Pd2u2/u=1000X0.075X0.634/(1X10-3)=47775,X2=0.3164/RelO.25=0.0214:.H=[0.02X(15/0.05)+6]1.4362/2g+0.0214X(24/0.075)X(0.6342/2g)+0.6342/2g=1.42m即貯槽內(nèi)液面需高出管路約1.4m二、(16分)有一加熱釜，內(nèi)放質(zhì)量為1000kg,比熱為4.18kj/kg?℃的液體,現(xiàn)用ー蛇管加熱器加熱,蛇管內(nèi)通入120C的飽和蒸汽,放出潛熱后以飽和態(tài)的凝液離開(kāi)蛇管,釜內(nèi)的液體從40'C被加熱到100C。已知釜周?chē)沫h(huán)境溫度為20C,釜的外壁與環(huán)境間的對(duì)流ー輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)為aT=12W/m2℃o釜內(nèi)液體的溫度均勻。釜的外壁溫度可認(rèn)為與釜內(nèi)液體溫度相同。蛇管內(nèi)的蒸汽與蛇管外的液體間的傳熱系數(shù)為K=1000W/m2℃o蛇管的傳熱面積為lm2,釜的外壁散熱面積為10m2。試計(jì)算:(1)加熱釜內(nèi)液體所需的時(shí)間;(2)釜內(nèi)液體被加熱可達(dá)到的最高溫度。(假定金屬器皿的熱容量可以略去不計(jì)。)[W=1000kg,Cp=4.18kJ/kg.℃,T=120℃,tl=40℃,t2=100℃,t=20℃,aT=12w/m2?℃,K=1000W/m2?℃,Al=lm2A2=10m2,求:所需加熱時(shí)間;(2)釜內(nèi)加熱最高溫度。]SOLU:dQ=KAl(T-t)dT=WCpdt+aTA2(t-tO)dt,解出t=7510s=2.09ht=1tlt2dt/(a-bt)=-{Ln[(a-btl)/(a-bt2)]}/b,t(a-bt2)/(a-btl)=e-bt=0,t2=a/b=109.3c所以 所需加熱時(shí)間2.09h;釜內(nèi)加熱最高溫度可達(dá)!09.3℃三、(16分)有一個(gè)雙元系溶液,其輕重組份間的相對(duì)揮發(fā)度a可取等于2,兩個(gè)組份的摩爾氣化潛熱相同。今用一精儲(chǔ)塔來(lái)分離這兩個(gè)組份。進(jìn)料為汽、液混合物,其汽、液摩爾數(shù)各占一半,其混合組成為含易揮發(fā)組份0.5摩爾分率。欲使儲(chǔ)出液中含易揮發(fā)組份0.9摩爾分率,釜液中含易揮發(fā)組份0.05摩爾分率。塔在常壓下作連續(xù)操作。試計(jì)算:(1)最小回流比;(2)當(dāng)操作回流比取最小回流比的1.2倍,冷凝器為全凝操作時(shí),從由上向下數(shù)的第二塊理論塔板下降液體的組成。[a=2,q=l/2,xF=0.5,xD=0.9,xw=0.05,求:Rmin;(2)R=1.2Rmin?全凝器,x2=?]SOLU：平衡線 y=ax/[l+(a-l)a]=2x/(l+x) ——(1)進(jìn)料線y=qx/(qT)-xF/(q-l)=-x+lRmin=(xD-ye)/(ye-xe)由上兩根線求出 xe=0.414,ye=0.586:.Rmin=(0.9-0.586)/(0.586-0.414)=1.83R=1.2Rmin=2.2精儲(chǔ)線y=Rx/(R+l)+xD/(R+l)=0.6875x+0.2813 ——(2)yl=xD=O.9 (1) xl=0.82 (2) y2=0.8438 (1) x2=0.73即第二塊理論塔板下降液組成為0.73.四、(16分)在總壓為760mmHg柱下,將相對(duì)濕度為80%,溫度為20℃,含有10kg絕對(duì)干燥空氣的濕空氣,通過(guò)一間壁式換熱器加熱到150C。(1)試求預(yù)熱該濕空氣所需的熱量,和預(yù)熱后該濕空氣的體積。(2)如將此預(yù)熱后的濕空氣使其沿絕熱飽和過(guò)程正好達(dá)到飽和,試述求此絕熱飽和溫度及其濕含量的計(jì)算方法(時(shí)間不夠時(shí),第(2)小題可不必算出結(jié)果)。已知干空氣的平均定壓比熱為1010J/kg-k水汽的平均定壓比熱為1880J/kg?k,0℃時(shí)水的汽化潛熱為2492000J/kg水的平均比熱為4180J/kg?k水的蒸汽壓可用Antoine方程計(jì)算ln(p)=18.3036-3816.44/(T-46.13)其中蒸汽壓P以mmHg柱表示,溫度T以K表示。假定濕空氣可認(rèn)為是理想氣體?？諝獾哪栙|(zhì)量取28.96kg/kmolo[P=760mmHg,巾0=0.8,t0=20℃,m干空氣=10kg,tl=150℃, 求:(1)QP；VI；(2)沿絕熱飽和過(guò)程達(dá)飽和,tas=?,X=?(Cp=l.OlkJ/kg.K,CL=1.88kJ/kg.k,rO=2492kJ/kg,LnP=18.3036-3816.44/(T-46.13) P—mmHg,T-K,M=28.96)]SOLU:(1)將T0=20+273.15=293.15K代入公式得P0=exp[18.3036-3816.44/(293.15-46.13)]=17.35mmHgPl=exp[18.3036-3816.44/(150+273.15-46013)]=3572.26mmHgH0=0.622PW/(P-PW),PW=4)0P0=0.8X17.35,H0=0.0116二!0=(1.01+1.88H0)t0+2492H0,IHO=H11=(1.01+1.88Hl)tl+2492HlHO=H1QP=L(I1-I0)=L(1.01+1.88H0)(tl-t0)=10X(1.01+1.88X0.0116)X(150-20)=1341.35kJ/h濕比容:單位質(zhì)量絕干空氣體積及其所帶水汽體積之和:uHl=(0.772+1.244H0)X(273+t0)/273=(0.772+1.244X0.0116)X(273+150)/273=1.218Vl=vH1L=1OX1.218=12.18m3/h(3)由濕焰圖知由圖中A點(diǎn)沿絕熱飽和線至B點(diǎn),則H'即為所求濕含量。五、問(wèn)答:(略)1994年(共七大題)(12分)用一條水管將兩個(gè)水位差為6m的水庫(kù)連通。管線總長(zhǎng)為720m,在離高位水庫(kù)240m管線上的C點(diǎn)處于管線的最高位置,C點(diǎn)高出高位水庫(kù)的水面3m。管線的直徑為1m,水在該管內(nèi)流動(dòng)的摩擦系數(shù)人=0.04。 試求(1)管內(nèi)的流量,以m3/h表示;(2)點(diǎn)C的流體壓カ。如果管線在點(diǎn)C發(fā)生破裂,將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象。[LAB=720mm,LAC=240mm,HCA=-3m,HCB=-6m,d=lm,入=0.04,求：(1)Q；(2)Pc,若c破裂,發(fā)生什么現(xiàn)象?]Solu:(1)列〇-!間的衡算式 EtO=Etl+WfO-1即 HCA=HCB+WfO-l=HCB+X(LAB/d)(u2/2g):.u=[(2dg/XLAB)(HCA-HCB)]O.5=2.02m/sQ=Au=nud2/4=l.59m3/s=5709m3/h即 管內(nèi)流量為5709m3/h(2)列0一C間的衡算式 EtO=Etc+Wf0-c即Pa/Pg=Pc/Pg+X(LAc/d)(u2/2g)+(u2/2g)+Hc，Pc=Pa-(XLAc/d+1)(pu2)/2-PgHe=80677Pa如果C點(diǎn)破裂,Pa=Pc假設(shè)此時(shí)水管中的水靜止則u=0那么EtA=Pa/pEtC=Pc/p+g(Hc-HA)則EtC>EtA則水將由C點(diǎn)回流至A(12分)用一直徑為200mm的管道將一高位水庫(kù)中的水引到水庫(kù)水面以下70m處排入大氣,管線全長(zhǎng)為100m。管線上裝有一水輪機(jī),用它來(lái)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。已知管路的摩擦系數(shù)X=0.03,試求:(1)每kg水流經(jīng)水輪機(jī)時(shí),所能提供能量的表達(dá)式;(2)管內(nèi)的水流經(jīng)水輪機(jī)時(shí),所能提供功率的表達(dá)式:(3)如水輪機(jī)ー發(fā)電機(jī)組的效率為60%,試求最大發(fā)電功率.[d=200mm,H=70m,L=100m,X=0.03,求:每kg水提供能量的表達(dá)式;提供功率的表達(dá)式;n=60%時(shí),Nmax=?]SOLU:在0—1間劃定衡算范圍,ByBernoulli-LawEtO=Etl+WfO-1,HO=X(L/d)(u2/2g)所以流速u(mài)=[2H0dg/XL]0.5=9.57m/s設(shè)水輪機(jī)A置于距出口H米處,在A—1間進(jìn)行衡算,EtA=Etl+WfA-l=Pa/p+X(Hu2/2d)=101.325+6.87H每kg水提供能量的表達(dá)式為EtA=101.325+6.87H提供功率的表達(dá)式為 N=PVEtA,V=uA...N=puAEtA=3.04X104+2.064X103H, n=0.6時(shí),N'=N/n=5.07X104+3.44X103H，Nmax'=N' (H=70m)=2.91X105W=291.466kWZ.每kg水流經(jīng)水輪機(jī)時(shí),提供能量表達(dá)式為EtA=101.325+6.87H每kg水流經(jīng)水輪機(jī)時(shí),提供功率的表達(dá)式為N=3.04X104+2.064X103Hq=60%時(shí),最大發(fā)電為291.466kW(12分)有兩個(gè)銅質(zhì)薄球殼,內(nèi)球殼外徑為0.05m,外球殼內(nèi)徑為0.1m,兩球殼間裝入ー種其導(dǎo)熱系數(shù)待測(cè)的粉粒料。內(nèi)球內(nèi)用電加熱,輸入電功率為50W,熱量穩(wěn)定地傳向外球,然后散發(fā)到周?chē)髿庵小汕虮谏隙佳b有熱電偶,測(cè)得內(nèi)球殼的平均壁溫為120C,外球殼的平均壁溫為50C,周?chē)髿猸h(huán)境溫度為20C,設(shè)粉粒料與球壁貼合,試求:(1)待測(cè)材料的導(dǎo)熱系數(shù);(2)外球壁對(duì)周?chē)髿獾膫鳠嵯禂?shù)。[d=0.05,D=0.1,N=50w,Tl=50℃,T2=120℃,t0=20℃,求:(1)a1；(2)K]SOLU:(l)Q=a1Am(T2-T1),其中,Am=(A1-A2)/[ln(Al/A2),A1=4nD2,A2=4nd2,Aa1=[2Qln(D/d)]/[n(D2-d2)(T2-T1)]=10.5W/m2.℃(2)Q=kAw(tw-t)=kAl(Tl-tO):. k=Q/Al(tl-t0)=50/[4nXO.12X(50-20)]=13.26w/m2.℃.?.待測(cè)材料的導(dǎo)熱系數(shù)為10.5W/m2.℃,外球壁對(duì)周?chē)髿獾膫鳠嵯禂?shù)為13.26W/m2℃.(12分)ー油槽內(nèi)裝有1噸熱的重油,用冷卻水流經(jīng)裝于油槽內(nèi)的盤(pán)管式換熱器以冷卻重油。已知冷卻水的流量2kg/s,水的進(jìn)口溫度維持為20c不變。由于油一水間的換熱,2小時(shí)內(nèi)將油從120c冷卻到80℃,已知冷卻盤(pán)管的傳熱面積為2n12,試核算該換熱器的傳熱系數(shù)。已知水的比熱為4.18kJ/(kg-K),重油的比熱為3.00kJ/(kg?K),槽內(nèi)油溫均勻一致,并可略去熱損失。[W=lT=103kg,ms2=2kg/s,tl=20℃,t=2hr,Tl=120℃,T2=80℃,A=2m2, Cp2=4.18kJ/kgK,Cpl=3.OOkJ/kgK,QL=O,求K.]SOLU:Q=KAAtmt=Wcpl(T1-T2)=ms2Cp2(t2-tl)tt2=tl+WCpl(Tl-T2)/(ms2cp2t)=22CAtm=[(Tl-t2)-(T2-t1)]/Ln[(Tl-t2)/(T2-t1)]=11.45℃K=WCpl(T1-T2)/AAtrni=0.lW/m2K即該換熱器的傳熱系數(shù)為0.lW/m2K.(12分)有一面積為10cm2帶有保護(hù)套的熱電偶嵌入ー輸送空氣的長(zhǎng)管內(nèi)，用來(lái)測(cè)量空氣的溫度。已知熱電偶的溫度讀數(shù)為300C,輸氣管的壁溫為200C,空氣對(duì)保護(hù)套管的對(duì)流傳熱系數(shù)為60W/(m2?K),該保護(hù)套管的黑度為0.8.試估算由于輻射所造成的氣體溫度測(cè)量誤差。并試述減小測(cè)量誤差的途徑.已知Stefan-Boltzmann常數(shù)O=5.67X10-8W/(m2?k4)。[A=10cm2,Tl=300℃,Tw=200℃,a1=60W/m2K,e1=0.8,Co=5.67X10-8W/m2K4,求誤差及減小誤差途徑?]SOLU:設(shè)氣體溫度的真實(shí)值為T(mén)g,遮墊罩表面溫度T2?熱電偶指示溫度T1',則:q=al(Tg-Tl)=e1Co[(T1/100)4-(TW/100)4],得Tg=343.7℃氣體以對(duì)流方式傳給遮熱罩內(nèi)外表面的傳熱速率,ql=2a1(Tg-Tl)=2X60X(343.7-T2)遮熱罩對(duì)管壁的散熱速率q2=eCo[(T2/100)4-(TW/1OO)4],ql=q2于是可從兩式用試差法求出遮墊壁溫 T2=590K氣體對(duì)熱電偶的對(duì)流傳熱速率q3=a1(Tg-Tl)=60X(343.7+273.15-T1')=370U-60Tlz熱電偶對(duì)遮熱罩的輻射散熱速率q4=eCo[(Tl>/100)4-(T2/100)4]=4.536(T1'/100)4-5496.43由q3=q4,求出熱偶的指示溫度Tl'=606.3K此時(shí),測(cè)溫誤差(絕對(duì)誤差)為606.3-573.15=33.15K,相對(duì)誤差為5.5%.不用遮熱罩時(shí)的測(cè)溫絕對(duì)誤差為343.7-300=43.7k,相對(duì)誤差為7.1%.所以 采用遮墊罩可減小測(cè)量誤差;另外，可通過(guò)降低熱電偶黑度，提高氣體對(duì)熱電偶的局部給熱系數(shù),加強(qiáng)管道保溫措施等方法以提高壁溫減小誤差。(12分)有一常壓連續(xù)操作的精儲(chǔ)塔用來(lái)分儲(chǔ)苯一甲苯混合液。塔頂設(shè)有ー平衡分凝器,自塔頂逸出的蒸氣經(jīng)分凝后,液相的摩爾數(shù)為氣相摩爾數(shù)的ー倍,所得液相全部在泡點(diǎn)下回流入塔,所得氣相流經(jīng)全凝器冷后作為產(chǎn)品取出。已知產(chǎn)品中含苯為0.95摩爾分率,苯對(duì)甲苯的相對(duì)揮發(fā)度可取2.5〇試計(jì)算自塔頂向下數(shù)第二塊理論板的上升蒸氣組成。[平衡分凝器,L=D,xD=0.95,a=2.5求y2]SOLU:R=L/D=1所以精微段操作線y=Rx/(R+l)+xD/(R+l),=0.5X+0.475--(1)平衡線y=ax/[l+(a-l)x]=2.5x/l+l.5x,x=y/(2.5T.5y)—(2)yl=xD=0.95 (2) xl=0.884 (1) y2=0.917即 第二塊理論板上升蒸汽組成為0.917頂逸出的蒸氣經(jīng)分凝后,液相的摩爾數(shù)為氣相摩爾數(shù)的ー倍,所得液相全部在泡點(diǎn)下回流入塔,所得氣相流經(jīng)全凝器冷后作為產(chǎn)品取出。已知產(chǎn)品中含苯為0.95摩爾分率,苯對(duì)甲苯的相對(duì)揮發(fā)度可取2.5〇試計(jì)算自塔頂向下數(shù)第二塊理論板的上升蒸氣組成。(12分)將20C壓カ為101.3kPa、相對(duì)濕度為70%的空氣經(jīng)間壁式換熱器加熱到120C后,送入ー對(duì)流式干燥器,用來(lái)干燥400kg/h的固體濕物料。已知濕物料的初始濕含量為10%,最終濕含量為1%(皆為濕基百分率)?？諝怆x開(kāi)干燥器時(shí)的溫度為60C,相對(duì)濕度30%,試求(1)空氣自預(yù)熱器出口的相對(duì)濕度;(2)產(chǎn)品量,kg/h;(3)干空氣用量,kg/h;(4)預(yù)熱器加熱量;(5)如干燥器入口處,熱空氣的線速度為0.4m/s,試求該圓筒形干燥器的直徑。已知:干空氣比熱為1.01kJ/(kg?K);水汽比熱為1.88kJ/(kg?K);水在0℃時(shí)的汽化熱為2492kJ/kg,水的蒸汽壓方程為lnp=23.1964-3816.44/(T-46.13),p以Pa表示,T以K表示.[t0=20℃,P=101.3kPa,(I)0=70%,tl=120℃,Gl=400kg/h,wl=10%,w2=l%,t2=60℃,巾2=30%,Ca=l.OlkJ/kg.℃,Cw=l.88kJ/kg.℃,rO=2492kJ/kg,LnP=23.1964-3816.44/(T-46.13),(T-k,P-Pa),求:(1)巾1;(2)G2;(3)L(kg/h);(4)Qp;(5)ul=0.4m/s,D=?]SOLU:(l)LnPS,0=23.1964-3816.44/(t0+273.15-46.13)，PS,0=2313.4Pa,P0=4)PS,0=1619.4PaH0=0.622P0/(P-P0)=0.01=Hl=0.622P1/(P-Pl),fPO=P1f@OPS,0=eIPS,1LnPS,1=23.1964-3816.44/(t1+273.15-46.13)PS,1=198520.5Pa，巾1=yOPS,0/PS,1=0.816%(2)W=G1(wl-w2)/(l-w2)=G2(wl-w2)/(1-wl),G2=G1(l-wl)/(l-w2):.G2=363.6kg/h(3)W=G1(wl-w2)/(l-w2)=36.36kg/hLnPS,2=23.1964-3916.44/(11+273.15-46.13)PS,2=19922.92PaP2=4)2PS,2=5976.88Pa,H2=0.622P2/(P-P2)=0.04L=W/(Hl-H2)=W/(H2-H0)=1254.2kg/h=0.35kg/sQp=L(11-10)=LCH1(t1-tO)=0.35X(1.01+1.88X0.01)X(120-20)=35.84kJ/svH=(0.772+1.244H)(237+t)/237,vHl=l.129VA=uHL=O.395m3/s,VA=Au=und2/4,d=(4VA/un)0.5=1.12m所以預(yù)熱器出口相對(duì)濕度為0.816%;產(chǎn)品量363.6kg/h,干空氣量0.35kg/s:預(yù)熱器加熱量為35.84kJ/s(干燥器直徑1.12m。1995年試題(共四大題,二十五小題)ー、選擇題.圖1所示為一異徑管段,從A段流向B段時(shí)測(cè)得U形壓差的讀數(shù)為R=R1,從B段流向A段測(cè)得U形壓差計(jì)讀數(shù)為R=R2o若兩種情況下的水流量相同,則有()A B圖1(A)|R1|>R21;(B)R1=R2;(C)|RI|<|R21;(D)Rl=-R2[A—B,RI; BfA,R2.則!ANALYSIS:AfB時(shí),EtA=EtB+WfABBfA時(shí),EtB=EtA+WfBAuA2/2g+PA/p9=uB2/2g+PB/pg+(XL/d+C1)uB2/2g,PA-PB=(pO-P)gRluB2/2g+PB/pg=uA2/2g+PA/Pg+(入L/d+U2)uB2/2g,PB-PA=(p0-p)gR2(RI-R2)(pO-p)/p=(C1-U2)uB2/2g+2(uB2/2g-uA2/2g)忽略《l,2的大小關(guān)系,知uB>uA則R1>R2,選擇（A）2.用離心通風(fēng)機(jī)將5000kg/h的空氣輸入加熱器中,由20C加熱至I40℃,對(duì)于該風(fēng)機(jī)安裝于加熱器前或加熱器后兩種情況,有（）（A）需要輸送的流量不變，但需要的全風(fēng)壓要變;（B）需要的全風(fēng)壓不變,但需要的流血量要變;（0需要輸送的流量和需要的全風(fēng)壓都要變;（D）需要輸送的流量和需要的全風(fēng)壓都不變。[Q=5000kg/h,20℃-140℃,風(fēng)機(jī)裝于加熱器前后,則]提示:由于氣體密度在加熱器前后發(fā)生變化，從而流量與全風(fēng)壓都將改變。5.套管冷凝器的內(nèi)管走空氣,管間走飽各水蒸汽,如果蒸汽壓カー定,空氣進(jìn)ロ溫度一定，當(dāng)空氣流量增加時(shí),空氣出口溫度（）（A）增大;（B）減小;（C）基本不變;（D）不確定[ms2t,CR=0,則 ]Analysis：（1）CR=0,NTU2=KA/（msCp）2I-e2=（t2-tl）/（Titi）I/.t2I,即空氣出口溫度降低。7.在ー個(gè)低濃度液膜控制的逆流吸收塔中,若其他操作條件不變,而液量與氣量成比例同時(shí)增加，則回收率將（ ）（A）增加；（B）減少;（C）不變;（D）不定。[液漠控制,逆流吸收,L/G不變,L、Gt,巾?]Analysis:h=HOGNOG,HOG=G/Kya℃GO.3，NOGI,l/A=Gm/L不變，，fRIR=(yb-mxa)/(ya-mxa)I-*yat,d)=(yb-ya)yb=l-ya/ybI即回收率減小二、填空題(20分)3.在除去某粒徑的顆粒時(shí),若降塵室的高度增加一倍,則沉降時(shí)間,允許氣流速度,生產(chǎn)能力〇[Ht.t,u,V?]ANALYSIS:u=(pO-P)gd2/18u不變,V=uA不變，t=H/ut所以:沉降時(shí)間上升,允許氣流速度不變,生產(chǎn)能力不變。三、分析題(10分)某廠用清水在填料塔中逆流吸收排放氣中的有害組分Ao進(jìn)塔氣中的摩爾分率為yl=0.02,清水用量為最小用量的1.15倍。出塔所達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)y2=0.002。已知相平衡關(guān)系為y=l.5x,吸收過(guò)程為氣膜控制。因工藝改造原因使入塔氣濃度上升到y(tǒng)l=0.0025并要求液氣比保持不變。問(wèn)能否通過(guò)增加填料層高度的方法保持出塔氣濃度仍達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。[x2=0逆流吸收,yl=0.02,L=l.15Lmin,,y2=0.002,y*=l.5x,氣膜控制,現(xiàn)yl'=0.025,L/G不變,問(wèn)h改變,y2能否繼續(xù)滿足要求?]SOLU:(L/G)min=(yl-y2)/(xl*-x2)=m(yl-y2)/yl=1.35L/G=l.15(L/G)min=l.5525l/A=mG/L=l.5/L5525=0.966不變,h=H0GN0G,其中H0G=G/Kya不變,NOGt1/A不變NOGtfRl=(yl-mx2)/(y2-mx2)=yl/y2t所以ylt時(shí)可通過(guò)增高h(yuǎn)來(lái)滿足y2的要求,并且,當(dāng)NOG上升時(shí),氣液于塔底達(dá)平衡,故能達(dá)到指定要求。四、計(jì)算題(60分)(10分)在ー內(nèi)徑為0.25(cm)的管的軸心位置上,穿一直徑為0.005(cm)的細(xì)導(dǎo)線,用以測(cè)定氣體的導(dǎo)熱系數(shù)。當(dāng)導(dǎo)線通以0.5(A)的電流時(shí),產(chǎn)生的電壓降為0.12(V/cm)。測(cè)得導(dǎo)線溫度為167℃,空心管內(nèi)壁溫度為150℃。(1)試求充入管內(nèi)之氣體的導(dǎo)熱系數(shù);(2)試分析儀器精度以外造成結(jié)果誤差的客觀原因。[D=0.25cm,d=0.005cm,1=0.5A,U=0.12V/cm,Tl=167℃,TW=150℃,求:(1)a；(2)誤差原因。]SOLU:Q=IVi(!為金屬絲長(zhǎng)度/cm)Q=aTA(t-tw),其中,A=ndL...IUL=aTndi(t-tw),aT=IU/nd(t-tw)=22.47W/m2K所以 充入管內(nèi)之氣體的導(dǎo)熱系數(shù)為22.47W/m2K.造成誤差的客觀原因?yàn)楣軆?nèi)的傳熱過(guò)程實(shí)質(zhì)上是熱對(duì)流和幅射傳熱共同進(jìn)行的過(guò)程,在傳遞過(guò)程中,存在熱損失.

(15分)某生產(chǎn)系統(tǒng)要求以4(kg/s)的流量將容器A中的飽和液體用離心泵送至容器B(見(jiàn)圖2)。兩容器中的液面高度維持恒定。液體的密度為800(kg/m3)、粘度為0.0015(Pa?s)〇已知:高差ZAC=9(m)、ZBC=20(m);管長(zhǎng)(包括當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi))LAC=20(m)、LBC=50(m);壓カ表讀數(shù)PA=O.02(MPa)、PB=0.12(MPa);管路采用4)57X3.5的無(wú)縫鋼管?，F(xiàn)因原有的輸送泵損壞,擬將庫(kù)存的一臺(tái)離心泵換上。該泵的銘牌上標(biāo)明揚(yáng)程為40(m),流量為20(m3/h),允許汽蝕裕量為2.3(m),均小于原有泵的值。試校核庫(kù)存泵是否能完成此輸送任務(wù)?[G=4kg/s,P=800,u=0.0015,ZAC=9,ZBC=20,LAC=20,LBC=50,PA=0.02,PB=0.112,中57X3.5,泵:Q'=20m3/h,He'=40,Ah'=2.3m,問(wèn)該泵能否滿足要求?]SOLU:V=G/p=4X3600/800=18m3/h<Q'=20m3/h,即流量滿足要求。在A-B之間進(jìn)行能量衡算,EtA+We=EtB+WfAB,即PA/Pg+ZAC+He=PB/Pg+ZBC+HfAB--(1)HfAB=X(L/d)(u2/2g)-(2)u=V/A=(18/3600)/(0.785X0.052)=2.55m/sRe=Pdu/u=6.8X104,X=0.3164/ReO.25=0.02代入(1)(2)得He=(PA-PB)/pg+(ZBC-ZAC)+HfAB=33m<He'ュ揚(yáng)程滿足要求。Ah允=Ah+0.3=Pe/Pg+ue2/2g-Pv/pg+0.3=PA/pg+ZAC-X(LAC/d)(u2/2g)-Pv/Pg+0.3=1.59m<h即氣蝕余量滿足要求=1.59m<h即氣蝕余量滿足要求所以泵能滿足要求(15分)某物料初始含水量X1=O.362(kg水/kg干料),要求干燥到X2=0.05(kg水/kg干料)〇經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得臨界含水量Xc=0.187(kg水/kg干料),等速階段的干燥時(shí)間為2.75小時(shí)。如將將速階段的干燥速度曲線作為通過(guò)原點(diǎn)的直線處理,試估算整個(gè)干燥過(guò)程所需的時(shí)間。[Xl=0.365,X2=0.05XC=0.187,t1=2.75hr,X*=0,求:t1+t2]SOLU: t1=(XI-X2)GC/VCA,GCパCA=t1/(XI-X2)=15.7降速階段 t2=(GC/VCA)(Xc-X*)Ln[(Xc-X*)/(X2-X*)]=3.876hrt1+t2=6.626hr(20分)ー連續(xù)精僧塔每小時(shí)處理100(kmol)二元理想溶液,塔內(nèi)的平均相對(duì)揮發(fā)度為2.5.進(jìn)料中輕組分摩爾率為0.44,塔頂產(chǎn)品流量為44(kmol/h)o 已知:精徳段操作線方程為 y=0.75x+0.24,q線方程為y=-0.5x+l.5xF,Gilliland關(guān)聯(lián)可表為(N-Nmin)/(N+l)=0.75{l-[(R-Rmin)/(R+l)]0.567} 試求:(A)回流比R;(B)塔頂產(chǎn)物組成xD和塔底產(chǎn)物組成xW;(〇理論板數(shù)NT和加料板位置NF。(捷算法)[F=100,a=2.5,xF=0.44,D=44,精y=0.75x+0.24,q線y=-0.5x+l.5xF,Gillilend關(guān)聯(lián)式(N-Nmin)/(N+1)=0.75{1-[(R-Rmin)/(R+l)]0.567} 求:R;(2)xD和xW;(3)N和NF(捷算法)]SOLU:由精儲(chǔ)線 y=0.75x+0.24,R/(R+1)=O.75,xD/(R+l)=0.24R=3,xD=0.96,又W/F=(xD-xF)/(xD-xW)得xw=xD-(F/W)(xD-xF)=0.0314,q=l/3.Nmin=Log{[xD/(1-xD)],[(1-xW)/xW]}/Loga-1=6.21又y=ax/[l+(aT)x]與y=-0.5x+l.5xF,得x=0.096,y=O.512Rmin=(xD-y)/(y-x)=2.07,(N-Nmin)/(N+l)=0.75X(1-0.4373)N=11.475 即理論板數(shù)N約為11.5塊;精徳段 Nmin=Log{[xD/(1-xD)],[(1-xF)/xF]}/Loga-1=2.73I求出NF=5.454即加料板位置NF約為第6塊.1996年試題(共四大題、二十三小題)ー、選擇題(20分)2.在板框壓濾機(jī)中,如濾餅的壓縮指數(shù)S=0.4且過(guò)濾介質(zhì)阻カ可忽略,則當(dāng)過(guò)濾的操作壓力增加到原來(lái)的2倍后,過(guò)濾速率將為原來(lái)的()倍。A)1.3 B)1.2 C)l.4 D)1.5[s=0.4,P'=2P,(dV/dtF)'/(dV/dtF)=?]ANALYSIS:dV/dxF=KA2/2(V+Ve),K=2△Pl-s/urc/.(dV/dxF)'/(dV/dxF)=(AP'/AP)l-s=20.6=1.52即過(guò)濾速率為原來(lái)的1.52倍.5.精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)時(shí),若F、xF、xD、xW和W(塔釜上升蒸汽量)均為定值,將進(jìn)料熱狀態(tài)從q=l改為q>l,則設(shè)計(jì)理論板數(shù)()〇A)減少B)不變 C)增加 D)的變化不確定[F、xF、xD、xW、V不變q=l-*q>l,NT=?]ANALYSIS:D/F=(xF-xW)/(xD-xW)不變.W/F=(xD-xF)/(xD-xW)不變,D,W不定.V'=v-(1-q)F=(R+l)D-(1-q)F,V=V'+(l-q)Fqt,Vl,V=(R+l)D,Rl1=w+W不變,L'/V’不變,L/V=R|,.,.NTt二、填空題(20分)1、如下圖所示管路中,將支管A的閥門(mén)開(kāi)大,則A管流量 ,B管流量,總管流量 ,壓カ表讀數(shù)〇Analysis:A閥開(kāi)大,VAt,Vt-PI-VBI.在一列管換熱器中用殼程的飽和蒸汽加熱管程的液體(無(wú)相變)。若飽和蒸汽壓カ增大,而液體的流量和進(jìn)口溫度不變，則液體出口溫度,蒸汽側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)〇[PSf,ms2、tl不變,tl、al?]ANALYSIS:Q=ms2cp2(t2-tl)=KA△tm=WlrOPst,rOt,Qt,t2t,a!幾乎不變化,的流量和進(jìn)口溫度不變,則液體出口溫度,蒸汽側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù).擬設(shè)計(jì)一座用清水吸收NH3的吸收塔,已規(guī)定出塔氣中的NH3濃度不得大于給定值。若進(jìn)塔氣中NH3含量增大,則最小液氣比將〇[x2=0,y2給定,ylt,(L/G)min?]ANALYSIS:(L/G)min=(yl-y2)/(xl*-x2)=m(yl-y2)/yl=m(l-y2/y1)ylt,l-y2/ylt,(L/G)mint.ー操作中的精儲(chǔ)塔在保持F、xF、q、V不變的情況下增大回流比R,則xD,xW〇[F、xF、q、V,不變,Rt,xD,xwl?]Analysis:Vz=V-(l-q)F,V不變;V=(R+1)D,Rt,DIL/D=R/(R+1)=1/(1+1/R)tL'=V'+W=V'+(F-D)t,L'/V'fNT不變,由圖可知xDt,xWt三、分析題.用離心泵把江水送至敞口高位槽,若管路條件不變,而江面下降,則泵的壓頭、泵的流量、管路總阻カ損失和泵出口壓カ表讀數(shù)將如何變化?[管路條件不變,江面下降,He,V,Hf,P出?]ANALYSIS:EtO+We=Etl+WfO-1即He=AZ+BQ2(管路)泵的特性曲線L=a-BQ2不變,現(xiàn)AZt,由圖可知QKHet又B=(入i/d+EC)(l/2gA2)幾乎不變,WfO-l=BQ2I,HfO-1I,Et2=Et2+Wf2TP2/p+u2/2=PO/p+gAZl-2+gHf2-l(P2-PO)/p=gAZ1-2+(Xi/d+￡CT)(u2/2)QI,uI推出(P2—PO)/pI,P出I.如下圖,溫度為tO、濕度為HO、流量為L(zhǎng)的新鮮空氣經(jīng)ー預(yù)熱器(加熱介質(zhì)為飽和水蒸汽)后,進(jìn)入干燥室。濕物料的流量為G1、進(jìn)ロ溫度為tMl、含水率W1,現(xiàn)氣溫下降致使tO下降,若保持L、HO、Gl、tMl、W1及飽和水蒸汽壓カ不變,問(wèn)Hl、H2、tl、W2(干燥后物料的含水率)如何變化?[tOI,L,HO,G1tmlwlqp不變HlH2tlw2?]ANALYSIS:qp=(Il-10)L/W=CHl(tl-tO)L/W,tOIftlIH0=0.622巾OPSO/(P-巾OPSO),HO不變,tOI^PSOI^d)0t同理巾1t:新鮮空氣吸濕能力t-H2t,W=G2(wl-w2)/(1-wl),Gl,wl都不變,故G2,w2同方向變化;L(H2-H1)=W=G1-G2,H2t-G2レw2I結(jié)論:Hl不變,tlI,H2t,w2I四、計(jì)算題(45分).如右圖所示，水通過(guò)傾斜變徑管段AB。管徑dA=100mm,dB=250mm,水流量為2.2m3/mino在截面A、B間接ーU形管汞差壓計(jì),其讀數(shù)R=20mmHg(汞密度為13600kg/m3)oA、B間的高差h=0.8m。試求:(1)A、B間的壓差等于多少Pa?(2)AB管段的能頭損失為多少mH20?若管段水平放置而流量不變,定性討論U形管汞差壓計(jì)讀數(shù)及A、B間壓差的變化趨勢(shì)。[dA=100mm,dB=250mm,V=2.2m3/min,R=20mmHg,(PHg=13600kg/m3),h=O.8m,PA-PB=?(2)HfAB?并加以討論.]SOLU：uA=V/AA=(2.2/60)/(0.785X0.12)=4.67m/s,uB=0.747m/sEtA=EtB+WfAB:PA/p+uA2/2=PB/P+uB2/2+gh+ghfAB;PA+pgR=PB+p0gR+pgh, PA—PB=(p—P0)gR+pgh=1.032X104Pa， hfAB=(PA-PB)/pg+(uA2-uB2)/2-h=1.335mH2O討論:若將AB管水平放置,V不變,則h=0,R(p-pO)/p=HfAB-(uA2-uB2)/2g,即R值與PA,PB無(wú)關(guān),只受流動(dòng)阻カ和速度變化影響,故R值不變化,PA-PBI.在ー套管換熱器中，用”0C的飽和水蒸汽將0.2kg/s的甲苯(Cp=l.84kJ/kgK)由30℃加熱到70℃〇甲苯在《25X2.5mm的內(nèi)管中流動(dòng)。已知水蒸汽的冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)為14000W/m2-K,甲苯的對(duì)流傳熱系數(shù)為1100W/m2?K,甲苯側(cè)的污垢熱阻為0.15X10-3m2K/Wo試求所需的管長(zhǎng)。若換熱器的內(nèi)管直徑加大,壁厚不變，則所需管長(zhǎng)將如何變化?[CP2=0.84kJ/kg.K,a0=14000W/m2K,ai=1100W/m2K,Ri=0.15X103m2K/W,求i并定付論dit時(shí)!變化情況?]SOLU:以外徑為基準(zhǔn),設(shè)管長(zhǎng)im1/K=1/a0+RidO/di+R0+(l/ai)(dO/di)推出K=716.7W/m2.K傳熱面積 A=ndOI=0.07854t,△tm=57.7℃Q=KAAtm=ms2Cp2(t2—tl)=WrOi=ms2Cp2(t2-tl)/0.0785KAtm=4.53m討論:ms2Cp2(t2-tl)/ndOKAtm,其中只有dOK變化。二!/(KdO)=l/(dOaO)+Ri/di+RO+l/(aidi),dit,dO-dl不變fdOtf1/KdOI-KdOtfiI即在壁厚不變的情況下,增加內(nèi)徑所需管長(zhǎng)減小。.在填料高度為5.67m的吸收塔中用清水吸收空氣中的氨。已知混合氣含氨量為1.5%(體積),入塔氣體流率G=0.024kmol/m2?s,吸收率為98%,用水量為最小水量的1.2倍,操作條件下的平衡關(guān)系為y=0.8xo求所用的水量和填料層的體積總傳質(zhì)系數(shù).[h=5.67m,xa=0,yb=l.5%,G=0.024,①=(yb-ya)/yb=O.98,L=l.2Lmin,y=0.8x,求L,Kya]SOLU:由①=(yb-ya)/yb=O.98,yb=l.5%,設(shè)yc=0.03%xa=0 (L/G)min=(yb-ya)/(xb*-xa)=m6=0.784L=l.2Lmin=l.2G(L/G)min=0.02258kmoL/m2.s1/A=m/(L/G)=mG/L=0.85NOG=[1/(1-1/A)]Ln[(1-1/A)(yb-mxa)/(ya-mxa)+l/A]=3.13由HOG=h/NOG=G/Kya推出Kya=NOGG/h=0.0133kmoL/m3.s.擬用一座3塊理論板(含塔釜)的精徳塔分離含苯50%(摩爾分率,下同)的苯ー氯苯混合物,處理量F=100kmol/h,要求D=45kmol/h且xD>84%,若精微條件為:回流比R=l,泡點(diǎn)進(jìn)料,加料位置在第二塊理論板,相對(duì)揮發(fā)度〇=4.1,問(wèn)能否完成上述分離任務(wù)?[NT=3,xF=O.5,F=100,D=45,xD>0.84,R=1,q=l,a=4.1,NT=2;問(wèn)能否滿足分離要求?]ANALYSIS:(1)校核xD大于0.84與否?(2)假設(shè)xD滿足,求滿足條件的xW’與要求的xD之大小關(guān)系?SoLution:設(shè)xD=0.84,則W/F=(xD-xF)/(xD-xW')推出xW'=0.22182平衡線y=ax/[l+(a-l)x]=4.lx/(l+3.lx)—(1)精饋線y=Rx/(R+l)+xD/(R+l)=0.5x+0.42 --(2)q=l,L,=L+qf=RD+F=145,V'=V=(R+l)D=90提饋線y=L'x/V'-WxW/V'=1.61x-0.61xWyl=XD=0.84(1)xl=0.56(2)y2=0.7(1)x3=0.36(3)yW=0.5820.16xWVxWyW滿足(1)式求出xW=0.18<xWz，xD能滿足要求,即能完成分離任務(wù)1997年(共四大題，二十四小題)ー、選擇題(20分,每ー選擇2分)1.如圖三根等徑管(其內(nèi)徑dl=d2=d3)內(nèi)的流量相同,二測(cè)壓點(diǎn)間距離也相同。1d2u- d4 5d3 6(1)記AP1=P1-P2, AP2=P3-P4,AP3=P5-P6.則〇(A)AP1=AP2=AP3 (B)AP2>AP1〉A(chǔ)P3(C)AP3>APl>AP2(D)APl>AP2>AP3(2)差壓計(jì)讀數(shù)RI、R2、R3間關(guān)系為〇(A)R1=R2=R3 (B)R2>R1>R3(C)R3>R1>R2 (D)R1>R2>R3[dl=d2=d3ul=u2=u3i1=i2=i3,則APiRi大小關(guān)系?]ANALY